JP6969630B2 - 電源装置、分配システム、及び電力変換装置 - Google Patents
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Description
また、従来の電源装置において、1ストリングの出力が2kWを超える場合、屋根の面積に余裕があっても1ストリングは2kW以下に抑える必要がある。
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
なお、最大電力点(Maximum Power Point)とは、最大電力点追従制御(MPPT(Maximum Power Point Tracking)制御)における目標点である。
但し、DC/DCコンバータの入力電力容量を超える太陽電池モジュールを設置した場合、太陽電池モジュールの発電量を最大限に引き出せないので、余分に設置した太陽電池モジュール分は無駄となる。従って、DC/DCコンバータの入力電力容量程度の太陽電池モジュールを接続する場合が多い。
この場合、共通の出力線路部に合流して搬送されてきた電力については、並列の関係にある複数のDC/DCコンバータが互いに同期して最大電力点追従制御を行うことにより、太陽電池の集合体全体から、その時点の最大電力を引き出すことができる。
この場合、屋根の一平面のみならず、それと平行な面も日射条件は近似するので、最大電力点の電圧値が近似する。そこで、これらの面の太陽電池の集合体については、一旦一纏めにして扱い、DC/DCコンバータへの入力時に必要に応じて配電することにより、複雑な形状の屋根の面積を最大限に利用した太陽電池の設置が可能となる。
この場合、直流電源として、太陽電池と蓄電池とを併用することができる。また、商用電力系統から夜間電力による蓄電池の充電、又は、太陽光発電の余剰電力による蓄電池の充電を行うことができる。
この場合の電源装置は、太陽電池モジュールからDC/DCコンバータへの電力供給、蓄電池からDC/DCコンバータへの電力供給、商用電力系統から夜間電力による蓄電池の充電、及び、太陽光発電の余剰電力による蓄電池の充電、のいずれでも行うことができる。
以下、図面を参照して説明する。まず、本発明の実施形態に係る電源装置の基礎となる参考例から説明する。
図1は、家屋の屋根に設置された太陽電池モジュールを発電要素とする電源装置の概略を示す図である。この屋根は寄棟形であり、4面のうちの3面が、陽当たりがよく、太陽電池モジュール(太陽光発電パネル)の設置に適している。そこで、例えば3ストリングの太陽電池モジュールM1,M2,M3が3面に設けられている。
図3は、本発明の第1実施形態に係る電源装置の概略を示す図である。この屋根は寄棟形であり、例えば4面のうちの2面が、陽当たりがよく、太陽電池モジュールの設置に適している。そこで、2ストリングの太陽電池モジュールM4,M5が、2面に設けられている。
太陽電池モジュールM4,M5はそれぞれ、例えば2本の単芯のケーブルC4,C5を介して、パワーコンディショナ50と接続されている。この場合のケーブル本数は、合計4本となる。パワーコンディショナ50は、通常は、屋内に設けられる。ケーブルC4からパワーコンディショナ50内に入った電路は、2つに分かれている。
太陽電池モジュールM4,M5はそれぞれ、出力線路部C(ケーブルC4,C5に相当する。)を介してパワーコンディショナ50と接続されている。太陽電池モジュールM4からの入力は、入力線路部1で分配され、それぞれコンデンサ2及び4を介して、DC/DCコンバータ3及び5に配電される。従って、4kWは2kWずつに分けられ、DC/DCコンバータ3,5のそれぞれの入力電力容量として受け入れ可能となる。
図5は、第2実施形態に係る電源装置の概略を示す図である。この屋根は切妻形であり、例えば2面のうちの1面が、陽当たりがよく、太陽電池モジュールの設置に適している。そこで、太陽電池モジュールM6は、1ストリングで1面に設けられている。この場合、太陽電池モジュールM6は1ストリングであるので、最大電力点の電圧値は1つである。但し、太陽電池モジュールM6について、これが仮に、複数枚に分かれていたとしても、それらの最大電力点の電圧値は近似する。
太陽電池モジュールM6は、出力線路部C(ケーブルC6に相当する。)を介してパワーコンディショナ50と接続されている。太陽電池モジュールM6からの入力は、入力線路部1で3分配され、それぞれコンデンサ2,4,6を介して、DC/DCコンバータ3,5,7に配電される。従って、6kWは2kWずつに分けられ、DC/DCコンバータ3,5,7のそれぞれの入力電力容量として受け入れ可能となる。
図7は、第3実施形態に係る電源装置の概略を示す図である。この屋根は寄棟形の複合タイプであり、例えば、6面のうちの3面が、陽当たりがよく、太陽電池モジュールの設置に適している。そこで、3ストリングの太陽電池モジュールM7,M8,M9が、3面に設けられている。太陽電池モジュールM7とM8とは、面は異なるが、互いに平行な面である。従って、太陽電池モジュールM7とM8とは、日射条件が互いに近似する。
そこで、太陽電池モジュールM7,M8の出力を一纏めにする。一纏めにする手段としては、例えば、合流点Jで電路を合流させる集電ケーブルを使用するか、又は、合流点Jに接続箱を使用する。
太陽電池モジュールM7,M8は、出力線路部C(集電ケーブルC7に相当する。)を介してパワーコンディショナ50と接続されている。また、太陽電池モジュールM9は、出力線路部C(ケーブルC9に相当する。)を介してパワーコンディショナ50と接続されている。太陽電池モジュールM7,M8からの入力は、入力線路部1で分配され、それぞれコンデンサ2及び4を介して、DC/DCコンバータ3及び5に配電される。従って、4kW(3kW+1kW)は2kWずつに分けられ、DC/DCコンバータ3,5のそれぞれの入力電力容量として受け入れ可能となる。
以上詳述したように、図4,図6,図8に示した電源装置100では、出力線路部Cにより、同一面又は平行面にあることによって日射条件が近似している太陽電池の集合体(太陽電池モジュール)については、出力を一纏めにして引き出す。より正確且つ普遍的に言えば、最大電力点の電圧値が近似する太陽電池の集合体については、出力を一纏めにして引き出す、ということである。従って、最大電力点の電圧値が近似する太陽電池の集合体について別々の出力線路部Cを設けてDC/DCコンバータ3,5,7まで配線する必要はない。そのため、出力線路部C(ケーブル数)は最小限数で足り、当該電源装置100の電気工事の施工が容易となる。
また、図5,図6に示す「1入力」の場合、3つのDC/DCコンバータ3,5,7が互いに同期してMPPT制御を行う。
パワーコンディショナ50に、このようなMPPT制御のパターンの切り替えを簡単に行うことができる設定機能を持たせることにより、太陽電池モジュールの配置に適したパターンを、施工時に容易に設定することができる。
次に、太陽電池の他に、蓄電池を用いる電源装置について説明する。
図9は、第4実施形態に係る電源装置の概略を示す図である。この屋根は図7と同様、寄棟形の複合タイプであり、例えば、6面のうちの2面が、陽当たりがよく、太陽電池モジュールの設置に適している。そこで、2ストリングの太陽電池モジュールM11(1kW),M12(3kW)が、2面に設けられている。太陽電池モジュールM11とM12とは、面は異なるが、互いに平行な面である。従って、太陽電池モジュールM11とM12とは、日射条件が互いに近似する。
図10は、第5実施形態に係る電源装置の概略を示す図である。この屋根及び太陽電池モジュールM7,M8,M9の配置は、図7(第3実施形態)と同様である。そこで、第3実施形態と同様に、太陽電池モジュールM7,M8については例えば集電ケーブルC7を用いて出力を一纏めにする。そして、一纏めにした出力は、スイッチSW1を介して、パワーコンディショナ50内で2分配され、双方向性のDC/DCコンバータ3A,5Aへ入力される。もう一つのDC/DCコンバータ7Aも、双方向性であり、ケーブルC9からスイッチSW2を介して、太陽電池モジュールM9の出力が与えられる。太陽電池モジュールM7〜M9からパワーコンディショナ50への入力電圧は、電圧センサ13,14により検知される。なお、電圧センサに代えて電流センサでもよい。
3つのDC/DCコンバータ3,5,7の出力はインバータ10により交流出力に変換され、商用電力系統20と系統連系可能な交流電圧・電流が、パワーコンディショナ50から出力される。また、交流出力は、家屋内で使用される電力にもなる。パワーコンディショナ50内の各部(スイッチSW1〜SW5も含む。)は、制御部12によって制御される。電圧センサ13,14の出力信号は制御部12に提供される。なお、スイッチSW1〜SW5は、入力線路部1を構成している。インバータ10は、AC/DCコンバータとして逆方向に使用することもできる。
図11は、第6実施形態に係る電源装置の概略を示す図である。図10との違いは、3モジュールの蓄電池31,32,33がDC/DCコンバータ3,5,7にそれぞれ対応して設けられた点であり、それ以外は図10と同じである。動作も、第5実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
なお、上記各実施形態では、マルチ入力の例として3つのDC/DCコンバータを備えたパワーコンディショナ50を示したが、3以外の複数であっても同様に、入力線路部1による分配、あるいは、出力線路部Cによる一纏め、を適用することができる。
2 コンデンサ
3,3A DC/DCコンバータ
4 コンデンサ
5,5A DC/DCコンバータ
6 コンデンサ
7,7A DC/DCコンバータ
8 DCバス
9 コンデンサ
10 インバータ
11 フィルタ
12 制御部
13,14 電圧センサ
20 商用電力系統
30,31〜33 蓄電池
50 パワーコンディショナ
100 電源装置
150 パワーコンディショナ
151〜153 DC/DCコンバータ
C 出力線路部
C1〜C6,C9,C21〜C26,C30 ケーブル
C7,C11 集電ケーブル
Cf コンデンサ
Db ダイオード
J 合流点
Lb DCリアクトル
Lf1,Lf2 ACリアクトル
M1〜M9,M11,M12,M21〜M26 太陽電池モジュール
Q1〜Q4,Qb スイッチング素子
SW1〜SW5 スイッチ
Claims (6)
- 太陽電池モジュールの出力を複数のDC/DCコンバータによって受ける電源装置であって、
最大電力点の電圧値が近似し、個々の前記DC/DCコンバータの入力電力容量を上回る電力を発電可能な太陽電池モジュールについては、出力を一纏めにして引き出す出力線路部と、
前記出力線路部が出力を一纏めにして引き出す前記太陽電池モジュールに基づいて選択される複数個のDC/DCコンバータに対して、前記出力線路部が搬送する電力を分配して配電する入力線路部と、
前記複数のDC/DCコンバータに対して最大電力点追従制御を行う制御部と、
互いに同期した最大電力点追従制御を行うDC/DCコンバータの組合せを切替える切替部と、を備え、
前記制御部は、前記切替部による切替え設定に応じて、前記入力線路部による分配入力を受ける前記複数個のDC/DCコンバータに対して、互いに同期した最大電力点追従制御を行う電源装置。 - 前記太陽電池モジュールの設置場所は家屋の屋根であり、
前記出力線路部は、前記家屋の屋根の一平面に設置されている前記太陽電池モジュールの出力を一纏めにして引き出す請求項1に記載の電源装置。 - 蓄電池をさらに備え、
前記複数のDC/DCコンバータのうち、少なくとも1つは双方向性であり、前記蓄電池が接続される請求項1又は請求項2に記載の電源装置。 - 蓄電池をさらに備え、
前記複数のDC/DCコンバータは双方向性であり、
前記入力線路部は、前記複数のDC/DCコンバータの各々を、前記出力線路部及び前記蓄電池のいずれか一方に接続するスイッチを備えている請求項1又は請求項2に記載の電源装置。 - 太陽電池モジュールの出力を複数のDC/DCコンバータに分配する分配システムであって、
最大電力点の電圧値が近似し、個々の前記DC/DCコンバータの入力電力容量を上回る電力を発電可能な太陽電池モジュールについては、出力を一纏めにして引き出す出力線路部と、
前記出力線路部が出力を一纏めにして引き出す前記太陽電池モジュールに基づいて選択される複数個のDC/DCコンバータに対して、前記出力線路部が搬送する電力を分配して配電する入力線路部と、
前記入力線路部が分配して配電するDC/DCコンバータに基づいて、互いに同期した最大電力点追従制御を行うDC/DCコンバータの組合せを切替える切替部と、を備える、分配システム。 - 太陽電池モジュールの出力を変換する複数のDC/DCコンバータと、
最大電力点の電圧値が近似し、個々の前記DC/DCコンバータの入力電力容量を上回る電力を発電可能な太陽電池モジュールについては、出力を一纏めにして引き出す出力線路部と接続され、前記出力線路部が出力を一纏めにして引き出す前記太陽電池モジュールに基づいて選択される複数個のDC/DCコンバータに対して、前記出力線路部が搬送する電力を分配して配電する入力線路部と、
互いに同期した最大電力点追従制御を行うDC/DCコンバータの組合せを切替える切替部と、
前記切替部による切替え設定に応じて、前記入力線路部による分配入力を受ける前記複数個のDC/DCコンバータに対して、互いに同期した最大電力点追従制御を行う制御部と、を備える、電力変換装置。
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